Autojen pakkasneste, munuaisdialyysi ja kivisuolan käyttö jäätelön valmistamiseksi eivät vaikuta siltä, että niillä olisi mitään yhteistä. Mutta ne kaikki riippuvat ratkaisujen kolligatiiviset ominaisuudet. Nämä ominaisuudet ovat ratkaisujen fysikaalisia ominaisuuksia, jotka riippuvat vain lukumäärän suhteesta liuenneen aineen ja liuottimen (esim. suolan vedessä) hiukkaset liuoksessa eivätkä aineen identiteetillä liuenneen aineen.
Ihmiskehon solut, kasvisolut ja liuokset, kuten pakkasneste ja jäätelö, riippuvat kolligatiivisista ominaisuuksista.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Liian pitkä; En lukenut (TL; DR)
Kolligatiivisia ominaisuuksia on neljä: höyrynpaine, kiehumispiste, jäätymispiste ja osmoottinen paine. Nämä liuosten fysikaaliset ominaisuudet riippuvat vain liuenneen aineen ja liuottimen hiukkasten lukumäärästä eikä liuenneesta aineesta.
Höyrynpaineen alentaminen lisäämällä liuotinta
Liuottimen (kuten veden) höyrynpaine on merkitty p1: llä. Tämä on yhtä suuri kuin yksi paineilma.
Klo
tasapaino, liuottimen yläpuolella olevan kaasufaasin (kuten vesihöyryn) osapaine on yhtä suuri kuin pl. Liuotetun aineen (kuten pöytäsuolan, NaCl) lisääminen vähentää liuottimen osapainetta kaasufaasissa. Höyrynpaineen lasku johtuu siitä, että liuoksen pinnalla olevat liuotinmolekyylit korvataan liuenneilla molekyyleillä. Liuotinmolekyylit "syrjäyttävät" höyrystymisen. Koska pinnalla on vähemmän liuotinmolekyylejä, höyrynpaine laskee.Kiehumispisteen korkeus seoksessa
Liuottimen kiehuttaminen kiehuu olennaisesti liuottimen. Kiehumispisteen korkeustai lämpötilan nostaminen, jossa liuotin kiehuu, tapahtuu samasta syystä kuin höyrynpaineen aleneminen. Lisääntynyt liuenneen aineen määrä pinnalla estää liuottimen höyrystymistä, joten se vaatii enemmän energiapanosta kiehumispisteen saavuttamiseksi.
Tämä olettaa, että liukeneva aine on haihtumaton, ts. Sillä on alhainen höyrynpaine huoneenlämmössä. Haihtuva liuote, jonka kiehumispiste on alhaisempi kuin liuotin, voi alentaa kiehumispistettä. Bentseeni on esimerkki haihtuvasta orgaanisesta yhdisteestä (VOC).
Jäätymispisteen masennus seoksessa
Liuoksen jäätymispiste on matalampi kuin puhtaan liuottimen. Jäätymispiste on lämpötila, jossa neste muuttuu kiinteäksi 1 atmosfäärissä. Jäätymispisteen masennus tarkoittaa jäätymislämpötilan laskua. Tämä tarkoittaa, että nesteen on oltava kylmempi jäätymisen saavuttamiseksi. Syy tähän johtuu siitä, että liuenneen aineen läsnäolo tuo järjestelmään enemmän häiriöitä kuin vain liuotinmolekyylien kohdalla. Siksi seoksen on oltava kylmempi häiriöttömän järjestelmän vaikutusten voittamiseksi.
Tämän kolligatiivisen ominaisuuden käytännön soveltaminen on autojen pakkasneste. Etyleeniglykolin (CH250) 50/50 -liuoksen jäätymispiste2(OH) CH2(OH)) on -33 celsiusastetta (-27,4 astetta Fahrenheit) verrattuna 0 celsiusasteeseen (32 astetta Fahrenheit). Jäähdytysnestettä lisätään auton jäähdyttimeen niin, että auto on altistettava paljon alemmille lämpötiloille, ennen kuin auton järjestelmässä oleva vesi jäätyy.
Osmoottinen paine nousee ratkaisuille
Osmoosi tapahtuu, kun liuotinmolekyylit liikkuvat puoliläpäisevän kalvon läpi. Kalvon toinen puoli voisi sisältää liuotinta ja kalvon toinen puoli sisältää liuenneita aineita. Liuottimen liike tapahtuu alueelta, jolla on korkeampi pitoisuus pienemmällä alueella, tai suuremmasta kemiallisesta potentiaalista pienempään kemialliseen potentiaaliin, kunnes saavutetaan tasapaino. Tämä virtaus tapahtuu luonnollisesti, joten liuenneen aineen puolelle on syötettävä jonkin verran painetta virtauksen pysäyttämiseksi.
osmoottinen paine on paine, joka pysäyttäisi virtauksen. Osmoottinen paine yleensä nousee liuoksille. Mitä enemmän liuenneita molekyylejä on, sitä enemmän liuotinmolekyylejä puristetaan yhteen. Liuenneiden molekyylien läsnäolo kalvon yhdellä puolella tarkoittaa, että vähemmän liuotinmolekyylejä voi siirtyä liuospuolelle. Osmoottinen paine liittyy suoraan liuenneen aineen pitoisuuteen: enemmän liuenneita aineita tarkoittaa korkeampaa osmoottista painetta.
Kolligatiiviset ominaisuudet ja molaalisuus
Kaikki kollektiiviset ominaisuudet riippuvat liuoksen molaalisuudesta (m). Molaalisuus määritellään liuenneen aineen moolina / kg liuotinta. Enemmän tai vähemmän liuenneesta aineesta, jota on läsnä suhteessa liuottimeen, vaikuttaa edellä esitettyjen neljän kolligatiivisen ominaisuuden laskelmiin.